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| 本文作者： 知社學(xué)術(shù)圈 | 2016-05-16 14:19 |
雷鋒網(wǎng)按：本文作者Ali Sundermier，來自知社學(xué)術(shù)圈。
大家或許知道，中微子幾乎沒有質(zhì)量，運(yùn)動速度接近光速。作為“幽靈粒子”，曾三十余載隱藏在科學(xué)家的視野之外。它產(chǎn)生于放射性元素的衰減，太陽，星辰，都可能釋放出中微子。它們能夠穿過物質(zhì)傳播而幾乎不受影響。研究中微子可以幫助我們理解關(guān)于宇宙的奧秘，然而科學(xué)家是怎樣探測到這些奇特的粒子呢？讓我們看看這些龐然大物。
Kai Freund/University of Tübingen
GERmanium Detector Array (GERDA) 位于意大利格蘭薩索實(shí)驗(yàn)室，通過對隔離在深山中的純鍺晶體中的電流活動進(jìn)行監(jiān)測來尋找中微子。運(yùn)行GERDA的科學(xué)家們希望能夠發(fā)現(xiàn)一種非常罕見的放射性衰減。
理論上講，137億年前的那場宇宙大爆炸造就了等量的物質(zhì)和反物質(zhì)。當(dāng)物質(zhì)與反物質(zhì)發(fā)生碰撞，即彼此毀滅，只留下能量。
如果科學(xué)家能夠發(fā)現(xiàn)那種衰減，那很可能意味著中微子可以同時作為粒子和反粒子存在著。這將幫助解釋宇宙中為什么存在著諸多物質(zhì)，為何我們今天生活在這里。
SNOLAB
加拿大薩德伯里中微子觀測站 (Sudbury Neutrino Observatory, SNO) 于上世紀(jì)80年代建于1600米深的地下，最近改造升級為SNO+。
SNO+將探測來自地球、太陽甚至超新星的中微子。在其核心部位的巨型塑料球體內(nèi)填充著800噸特殊的物質(zhì)，稱為液體閃爍體。整個球體被“水殼”所環(huán)繞，并用繩索固定。它被約一萬個極其敏感的光檢測器監(jiān)控著，也就是所謂的光電倍增管 (PMTs)。
當(dāng)中微子與探測器中其他粒子發(fā)生接觸時，可在液體閃爍體中制造出光，而PMTs能夠?qū)Υ诉M(jìn)行捕捉。
正是在原有SNO的基礎(chǔ)上，科學(xué)家們才發(fā)現(xiàn)了中微子的三種形態(tài)。
Ian Rees/IceCube/NSF
阿蒙森-斯科特南極站矗立著世界最大的中微子觀測站。多達(dá)5160個探測器分布在南極的冰層之下，以尋找源自宇宙中諸如恒星爆炸、黑洞和中子星等極端事件產(chǎn)生的高能中微子。
據(jù)報道，當(dāng)中微子闖入冰層中的水分子時，釋放的亞原子粒子高能爆發(fā)，波及范圍可達(dá)多個城市街區(qū)。這些粒子運(yùn)動極快，并發(fā)出一種錐形輝光，即切連科夫輻射 (Cherenkov radiation)。這正是冰立方探測器要捕捉的東西。
科學(xué)家們希望借此信息還原中微子的運(yùn)行路徑，辨認(rèn)它們的來源。
Roy Kaltschmidt/Lawrence Berkeley National Laboratory
我國大亞灣的山區(qū)內(nèi)埋藏著三個中微子實(shí)驗(yàn)廳。其中8個柱形探測器每個都包含著20噸的液體閃爍體，周圍則有上千個光電倍增管。它們被置入純水池中，以阻擋任何環(huán)境中的輻射。
附近的一組核反應(yīng)堆不斷地產(chǎn)生著巨量的電子反中微子。這些反中微子接觸到液體閃爍體，釋放出輝光，并由光電倍增管捕捉。
大亞灣中微子實(shí)驗(yàn)室旨在研究中微子振蕩。同中微子一樣，反中微子也在不同的形態(tài)間轉(zhuǎn)換。大亞灣的科學(xué)家們希望弄清在最遠(yuǎn)端探測器中有多少反中微子因改變形態(tài)而避開了探測。
Kamioka Observatory/ICRR/The University of Tokyo
超級神岡探測器 (Super-Kamiokande, Super K) 是在日本西部神岡町的茂住礦山一個深達(dá)1000米的廢棄砷礦中建造的大型中微子探測器。巨大的探測器中包含五萬噸純水，以及近11200個光電倍增管。所以設(shè)備維護(hù)需要工作人員乘船前往。
與冰立方相似，神岡探測器也通過切連科夫輻射來捕捉中微子。1998年，神岡探測器戰(zhàn)勝了SNO，率先發(fā)現(xiàn)中微子振蕩的證據(jù)，并揭示出中微子也有微小的質(zhì)量。
目前，研究人員正在發(fā)射長達(dá)289公里的中微子束，以進(jìn)一步研究中微子振蕩。未來，他們還將進(jìn)行五倍于此距離的中微子束實(shí)驗(yàn)。
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